基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設(shè)計方案

0 引言

單相接地故障是電力系統(tǒng)最常見的故障。中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，可帶故障運(yùn)行2 小時。但是如果電網(wǎng)中的對地電容電流較大(如電纜線路)，就會在接地點形成較大電弧，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成威脅。應(yīng)用消弧線圈能夠可靠熄滅電弧。本文提出的基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設(shè)計方案，通過實驗電路測試， 效果理想，證實了該方案的可行性。

1 TSC/TCR 式消弧線圈的結(jié)構(gòu)及工作過程

TSC 與TCR 電路通過改變消弧線圈二次側(cè)的感抗值，進(jìn)而改變消弧線圈在系統(tǒng)中的電感值，以補(bǔ)償電網(wǎng)的容性電流。

TSC(Thyristor Switched capacitor ) 即晶閘管投切電容。

由三組容量比為1:2:4 的電容和晶閘管開關(guān)組成，通過控制晶閘管的通斷，使二次側(cè)投入的電容值按照一定規(guī)律變化。這種調(diào)節(jié)是分級的，并不連續(xù)。

TCR(Thyristor Controlled Reactor) 即晶閘管控制電抗器，由電抗器和晶閘管開關(guān)構(gòu)成，通過控制晶閘管的觸發(fā)角，改變等效電抗。其電流在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。

通過消弧線圈控制器測算電網(wǎng)的電容電流值，計算需要投入的電容值與電感量，電容由TSC 控制電路投入，電抗由TCR觸發(fā)電路投入。下面將分別對TSC 與TCR 的控制電路進(jìn)行分析。

2 TSC 控制電路

2.1 電壓的過零點檢測

電容器在投切的過程中會有較大的沖擊電流，損壞晶閘管。因此應(yīng)在輸入的交流電壓與電容上的殘留電壓相等，即晶閘管兩端的電壓為零時將其首次觸發(fā)導(dǎo)通。過零檢測電路能夠在輸入信號過零點時輸出過零脈沖，如圖2 所示。

可以看出，正弦信號經(jīng)過不可控整流橋，在B 點產(chǎn)生只有上半周，周期為π 的正弦波，經(jīng)過運(yùn)放與一接近于零的電壓進(jìn)行比較，在C 點產(chǎn)生過零時刻的脈沖，如圖3 所示。

2.2 晶閘管過零觸發(fā)電路

晶閘管過零觸發(fā)電路將電壓過零檢測電路生成的過零脈沖作為觸發(fā)信號的基準(zhǔn)。當(dāng)控制器需要投入某一組或幾組晶閘管時，會由采集卡發(fā)出對應(yīng)的高電平信號，此高電平信號和C 點信號作“與”,在D 點產(chǎn)生過零投切信號。由NE55 時基電路產(chǎn)生頻率5 kHz 的脈沖，與過零投切信號作“與”,形成脈沖序列。該序列經(jīng)過三極管的功率放大作用后，通過脈沖變壓器PM輸出雙向反并聯(lián)晶閘管組的驅(qū)動信號。

將第二個電壓過零點的信號時間放大，可以得到圖4 中各點電壓波形，如圖5 所示。

晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通的條件為：電容投切信號為高電平且電容器兩端的電壓過零。當(dāng)電容器投切信號變?yōu)榈碗娖綍r，電容C 通過R1、R2 快速放電，電壓變?yōu)? V,E 點的高頻脈沖消失，晶閘管在電流過零時自然關(guān)斷。

3 TCR 觸發(fā)電路

本設(shè)計采用德國西門子公司的TCA785 芯片作為觸發(fā)電路，該芯片由模擬電壓的大小控制晶閘管的觸發(fā)角。在控制器中預(yù)先存儲連續(xù)調(diào)節(jié)時電感量( 存在微小級差) 所對應(yīng)的觸發(fā)角，由采集卡給出相對應(yīng)觸發(fā)角度的模擬電壓值。芯片輸出的觸發(fā)脈沖到脈沖變壓器，經(jīng)過三極管和脈沖變壓器的放大隔離作用，實現(xiàn)對晶閘管的觸發(fā)控制。圖6 為控制電路圖。

4 結(jié)語

本文提出了基于TSC/TCR 式消弧線圈的晶閘管控制電路的設(shè)計方案。方案中著重分析了TSC 電路的過零投切過程及TCR 電路對晶閘管觸發(fā)角度的控制電路設(shè)計方法，實現(xiàn)了對消弧線圈補(bǔ)償電流的調(diào)整，從而驗證了該方案的可行性